Polyethylene glycol and polyvinylpirrolidone effect on bacterial rRNA extraction and hybridization from cells exposed to tannins

In order to detect fluctuations in ruminal microbial populations due to forage tannins using 16S ribosomal RNA (rRNA) probes, recovery of intact rRNA is required. The objective of this work was to evaluate the effect of polyethylene glycol (PEG) and polyvinylpirrolidone (PVP) on extraction of bacterial rRNA, in the presence of tannins from tropical legume forages and other sources, that hybridize with oligonucleotide probes. Ruminococcus albus 8 cells were exposed to 8 g/L tannic acid or 1 g/L condensed tannins extracted from Acacia angustissima, banana (Musa sp.) skin, Desmodium ovalifolium, red grape (Vitis vinifera) skin and Inga edulis, or no tannins. Cells were rinsed with Tris buffer pH 7 containing either 8% PEG or 6% PVP prior to cell lysis. Total RNA samples rinsed with either PEG or PVP migrated through denaturing agarose gels. The 16S rRNA bands successfully hybridized with a R. albus species-specific oligonucleotide probe, regardless of tannin source. The effect of rinsing buffers on the density of 16S rRNA bands, as well as on the hybridization signals was compared. There were significant effects (P<0.01) when the controls were compared to either buffer treatments due to tannin type, buffer used and the interaction of tannin type and buffer. The significant interaction indicates the influence of tannin type on the parameters evaluated.

Quest for Orthologs Entails Quest for Tree of Life: In Search of the Gene Stream.

Quest for Orthologs (QfO) is a community effort with the goal to improve and benchmark orthology predictions. As quality assessment assumes prior knowledge on species phylogenies, we investigated the congruency between existing species trees by comparing the relationships of 147 QfO reference organisms from six Tree of Life (ToL)/species tree projects: The National Center for Biotechnology Information (NCBI) taxonomy, Opentree of Life, the sequenced species/species ToL, the 16S ribosomal RNA (rRNA) database, and trees published by Ciccarelli et al. (Ciccarelli FD, et al. 2006. Toward automatic reconstruction of a highly resolved tree of life. Science 311:1283-1287) and by Huerta-Cepas et al. (Huerta-Cepas J, Marcet-Houben M, Gabaldon T. 2014. A nested phylogenetic reconstruction approach provides scalable resolution in the eukaryotic Tree Of Life. PeerJ PrePrints 2:223) Our study reveals that each species tree suggests a different phylogeny: 87 of the 146 (60%) possible splits of a dichotomous and rooted tree are congruent, while all other splits are incongruent in at least one of the species trees. Topological differences are observed not only at deep speciation events, but also within younger clades, such as Hominidae, Rodentia, Laurasiatheria, or rosids. The evolutionary relationships of 27 archaea and bacteria are highly inconsistent. By assessing 458,108 gene trees from 65 genomes, we show that consistent species topologies are more often supported by gene phylogenies than contradicting ones. The largest concordant species tree includes 77 of the QfO reference organisms at the most. Results are summarized in the form of a consensus ToL (http://swisstree.vital-it.ch/species_tree) that can serve different benchmarking purposes.

Chlamydiaceae family, Parachlamydia spp., and Waddlia spp. in porcine abortion.

At present, despite extensive laboratory investigations, most cases of porcine abortion remain without an etiological diagnosis. Due to a lack of recent data on the abortigenic effect of order Chlamydiales, 286 fetuses and their placentae of 113 abortion cases (1-5 fetuses per abortion case) were investigated by polymerase chain reaction (PCR) methods for family Chlamydiaceae and selected Chlamydia-like organisms such as Parachlamydia acanthamoebae and Waddlia chondrophila. In 0.35% of the cases (1/286 fetuses), the Chlamydiaceae real-time PCR was positive. In the Chlamydiaceae-positive fetus, Chlamydia abortus was detected by a commercial microarray and 16S ribosomal RNA PCR followed by sequencing. The positive fetus had a Porcine circovirus-2 coinfection. By the Parachlamydia real-time PCR, 3.5% (10/286 fetuses of 9 abortion cases) were questionable positive (threshold cycle values: 35.0-45.0). In 2 of these 10 cases, a confirmation by Chlamydiales-specific real-time PCR was possible. All samples tested negative by the Waddlia real-time PCR. It seems unlikely that Chlamydiaceae, Parachlamydia, and Waddlia play an important role as abortigenic agents in Swiss sows.

Transcriptional Profiling of Organ‐Specific Autoimmunity in Human

Our understanding of the pathogenesis of organ‐specific autoinflammation has been restricted by limited access to the target organs. Peripheral blood, however, as a preferred transportation route for immune cells, provides a window to assess the entire immune system throughout the body. Transcriptional profiling with RNA stabilizing blood collection tubes reflects in vivo expression profiles at the time the blood is drawn, allowing detection of the disease activity in different samples or within the same sample over time. The main objective of this Ph.D. study was to apply gene‐expression microarrays in the characterization of peripheral blood transcriptional profiles in patients with autoimmune diseases. To achieve this goal a custom cDNA microarray targeted for gene‐expression profiling of human immune system was designed and produced. Sample collection and preparation was then optimized to allow gene‐expression profiling from whole‐blood samples. To overcome challenges resulting from minute amounts of sample material, RNA amplification was successfully applied to study pregnancy related immunosuppression in patients with multiple sclerosis (MS). Furthermore, similar sample preparation was applied to characterize longitudinal genome‐wide expression profiles in children with type 1 diabetes (T1D) associated autoantibodies and eventually clinical T1D. Blood transcriptome analyses, using both the ImmunoChip cDNA microarray with targeted probe selection and genome‐wide Affymetrix U133 Plus 2.0 oligonucleotide array, enabled monitoring of autoimmune activity. Novel disease related genes and general autoimmune signatures were identified. Notably, down‐regulation of the HLA class Ib molecules in peripheral blood was associated with disease activity in both MS and T1D. Taken together, these studies demonstrate the potential of peripheral blood transcriptional profiling in biomedical research and diagnostics. Imbalances in peripheral blood transcriptional activity may reveal dynamic changes that are relevant for the disease but might be completely missed in conventional cross‐sectional studies.

The nucleolus: a paradigm for cell proliferation and aging

The nucleolus is the cellular site of ribosome biosynthesis. At this site, active ribosomal DNA (rDNA) genes are rapidly transcribed by RNA polymerase I (pol I) molecules. Recent advances in our understanding of the pol I transcription system have indicated that regulation of ribosomal RNA (rRNA) synthesis is a critical factor in cell growth. Importantly, the same signaling networks that control cell growth and proliferation and are deregulated in cancer appear to control pol I transcription. Therefore, the study of the biochemical basis for growth regulation of pol I transcription can provide basic information about the nuclear signaling network. Hopefully, this information may facilitate the search for drugs that can inhibit the growth of tumor cells by blocking pol I activation. In addition to its function in ribosome biogenesis, recent studies have revealed the prominent role of the nucleolus in cell senescence. These findings have stimulated a new wave of research on the functional relationship between the nucleolus and aging. The aim of this review is to provide an overview of some current topics in the area of nucleolus biology, and it has been written for a general readership.

Le motif d’empaquetage le long du sillon: une nouvelle entité structurale récurrente dans les ARN ribosomiques

La plupart des molécules d’ARN doivent se replier en structure tertiaire complexe afin d’accomplir leurs fonctions biologiques. Cependant, les déterminants d’une chaîne de polynucléotides qui sont nécessaires à son repliement et à ses interactions avec d’autres éléments sont essentiellement inconnus. L’établissement des relations structure-fonction dans les grandes molécules d’ARN passe inévitablement par l’analyse de chaque élément de leur structure de façon individuelle et en contexte avec d’autres éléments. À l’image d’une construction d’immeuble, une structure d’ARN est composée d’unités répétitives assemblées de façon spécifique. Les motifs récurrents d’ARN sont des arrangements de nucléotides retrouvés à différents endroits d’une structure tertiaire et possèdent des conformations identiques ou très similaires. Ainsi, une des étapes nécessaires à la compréhension de la structure et de la fonction des molécules d’ARN consiste à identifier de façon systématique les motifs récurrents et d’en effectuer une analyse comparative afin d’établir la séquence consensus. L’analyse de tous les cas d’empaquetage de doubles hélices dans la structure du ribosome a permis l’identification d’un nouvel arrangement nommé motif d’empaquetage le long du sillon (AGPM) (along-groove packing motif). Ce motif est retrouvé à 14 endroits dans la structure du ribosome de même qu’entre l’ARN ribosomique 23S et les molécules d’ARN de transfert liées aux sites ribosomaux P et E. Le motif se forme par l’empaquetage de deux doubles hélices via leur sillon mineur. Le squelette sucre-phosphate d’une hélice voyage le long du sillon mineur de l’autre hélice et vice versa. Dans chacune des hélices, la région de contact comprend quatre paires de bases. L’empaquetage le plus serré est retrouvé au centre de l’arrangement où l’on retrouve souvent une paire de bases GU dans une hélice interagissant avec une paire de bases Watson-Crick (WC) dans l’autre hélice. Même si la présence des paires de bases centrales GU versus WC au centre du motif augmente sa stabilité, d’autres alternatives existent pour différents représentants du motif. L’analyse comparative de trois librairies combinatoires de gènes d’AGPM, où les paires de bases centrales ont été variées de manière complètement aléatoire, a montré que le contexte structural influence l’étendue de la variabilité des séquences de nucléotides formant les paires de bases centrales. Le fait que l’identité des paires de bases centrales puisse varier suggérait la présence d’autres déterminants responsables au maintien de l’intégrité du motif. L’analyse de tous les contacts entre les hélices a révélé qu’en dehors du centre du motif, les interactions entre les squelettes sucre-phosphate s’effectuent via trois contacts ribose-ribose. Pour chacun de ces contacts, les riboses des nucléotides qui interagissent ensemble doivent adopter des positions particulières afin d’éviter qu’ils entrent en collision. Nous montrons que la position de ces riboses est modulée par des conformations spécifiques des paires de bases auxquelles ils appartiennent. Finalement, un autre motif récurrent identifié à l’intérieur même de la structure de trois cas d’AGPM a été nommé « adenosine-wedge ». Son analyse a révélé que ce dernier est lui-même composé d’un autre arrangement, nommé motif triangle-NAG (NAG-triangle). Nous montrons que le motif « adenosine-wedge » représente un arrangement complexe d’ARN composé de quatre éléments répétitifs, c’est-à-dire des motifs AGPM, « hook-turn », « A-minor » et triangle-NAG. Ceci illustre clairement l’arrangement hiérarchique des structures d’ARN qui peut aussi être observé pour d’autres motifs d’ARN. D’un point de vue plus global, mes résultats enrichissent notre compréhension générale du rôle des différents types d’interactions tertiaires dans la formation des molécules d’ARN complexes.

Représentation et recherche de motifs cycliques et structuraux d’ARN connus dans les structures secondaires

L'acide désoxyribonucléique (ADN) et l'acide ribonucléique (ARN) sont des polymères de nucléotides essentiels à la cellule. À l'inverse de l'ADN qui sert principalement à stocker l'information génétique, les ARN sont impliqués dans plusieurs processus métaboliques. Par exemple, ils transmettent l’information génétique codée dans l’ADN. Ils sont essentiels pour la maturation des autres ARN, la régulation de l’expression génétique, la prévention de la dégradation des chromosomes et le ciblage des protéines dans la cellule. La polyvalence fonctionnelle de l'ARN résulte de sa plus grande diversité structurale. Notre laboratoire a développé MC-Fold, un algorithme pour prédire la structure des ARN qu'on représente avec des graphes d'interactions inter-nucléotidiques. Les sommets de ces graphes représentent les nucléotides et les arêtes leurs interactions. Notre laboratoire a aussi observé qu'un petit ensemble de cycles d'interactions à lui seul définit la structure de n'importe quel motif d'ARN. La formation de ces cycles dépend de la séquence de nucléotides et MC-Fold détermine les cycles les plus probables étant donnée cette séquence. Mon projet de maîtrise a été, dans un premier temps, de définir une base de données des motifs structuraux et fonctionnels d'ARN, bdMotifs, en terme de ces cycles. Par la suite, j’ai implanté un algorithme, MC-Motifs, qui recherche ces motifs dans des graphes d'interactions et, entre autres, ceux générés par MC-Fold. Finalement, j’ai validé mon algorithme sur des ARN dont la structure est connue, tels que les ARN ribosomaux (ARNr) 5S, 16S et 23S, et l'ARN utilisé pour prédire la structure des riborégulateurs. Le mémoire est divisé en cinq chapitres. Le premier chapitre présente la structure chimique, les fonctions cellulaires de l'ARN et le repliement structural du polymère. Dans le deuxième chapitre, je décris la base de données bdMotifs. Dans le troisième chapitre, l’algorithme de recherche MC-Motifs est introduit. Le quatrième chapitre présente les résultats de la validation et des prédictions. Finalement, le dernier chapitre porte sur la discussion des résultats suivis d’une conclusion sur le travail.

Stabilité de l’acide ribonucléique pour la datation des fluides corporels en biologie judiciaire

Projet de recherche réalisé en collaboration avec la section Biologie/ADN du Laboratoire de sciences judiciaires et de médecine légale (LSJML) de Montréal.

Structural aspects of the ribosome evolution and function

Les résultats ont été obtenus avec le logiciel "Insight-2" de Accelris (San Diego, CA)

Identification de caractéristiques communes et rares dans les ARN structurés dans la base de données Rfam

Les ARN non codants (ARNnc) sont des transcrits d'ARN qui ne sont pas traduits en protéines et qui pourtant ont des fonctions clés et variées dans la cellule telles que la régulation des gènes, la transcription et la traduction. Parmi les nombreuses catégories d'ARNnc qui ont été découvertes, on trouve des ARN bien connus tels que les ARN ribosomiques (ARNr), les ARN de transfert (ARNt), les snoARN et les microARN (miARN). Les fonctions des ARNnc sont étroitement liées à leurs structures d’où l’importance de développer des outils de prédiction de structure et des méthodes de recherche de nouveaux ARNnc. Les progrès technologiques ont mis à la disposition des chercheurs des informations abondantes sur les séquences d'ARN. Ces informations sont accessibles dans des bases de données telles que Rfam, qui fournit des alignements et des informations structurelles sur de nombreuses familles d'ARNnc. Dans ce travail, nous avons récupéré toutes les séquences des structures secondaires annotées dans Rfam, telles que les boucles en épingle à cheveux, les boucles internes, les renflements « bulge », etc. dans toutes les familles d'ARNnc. Une base de données locale, RNAstem, a été créée pour faciliter la manipulation et la compilation des données sur les motifs de structure secondaire. Nous avons analysé toutes les boucles terminales et internes ainsi que les « bulges » et nous avons calculé un score d’abondance qui nous a permis d’étudier la fréquence de ces motifs. Tout en minimisant le biais de la surreprésentation de certaines classes d’ARN telles que l’ARN ribosomal, l’analyse des scores a permis de caractériser les motifs rares pour chacune des catégories d’ARN en plus de confirmer des motifs communs comme les boucles de type GNRA ou UNCG. Nous avons identifié des motifs abondants qui n’ont pas été étudiés auparavant tels que la « tetraloop » UUUU. En analysant le contenu de ces motifs en nucléotides, nous avons remarqué que ces régions simples brins contiennent beaucoup plus de nucléotides A et U. Enfin, nous avons exploré la possibilité d’utiliser ces scores pour la conception d’un filtre qui permettrait d’accélérer la recherche de nouveaux ARN non-codants. Nous avons développé un système de scores, RNAscore, qui permet d’évaluer un ARN en se basant sur son contenu en motifs et nous avons testé son applicabilité avec différents types de contrôles.

Phylogenomics of eukaryotes: Impact of missing data on large alignments

Resolving the relationships between Metazoa and other eukaryotic groups as well as between metazoan phyla is central to the understanding of the origin and evolution of animals. The current view is based on limited data sets, either a single gene with many species (e.g., ribosomal RNA) or many genes but with only a few species. Because a reliable phylogenetic inference simultaneously requires numerous genes and numerous species, we assembled a very large data set containing 129 orthologous proteins (similar to30,000 aligned amino acid positions) for 36 eukaryotic species. Included in the alignments are data from the choanoflagellate Monosiga ovata, obtained through the sequencing of about 1,000 cDNAs. We provide conclusive support for choanoflagellates as the closest relative of animals and for fungi as the second closest. The monophyly of Plantae and chromalveolates was recovered but without strong statistical support. Within animals, in contrast to the monophyly of Coelomata observed in several recent large-scale analyses, we recovered a paraphyletic Coelamata, with nematodes and platyhelminths nested within. To include a diverse sample of organisms, data from EST projects were used for several species, resulting in a large amount of missing data in our alignment (about 25%). By using different approaches, we verify that the inferred phylogeny is not sensitive to these missing data. Therefore, this large data set provides a reliable phylogenetic framework for studying eukaryotic and animal evolution and will be easily extendable when large amounts of sequence information become available from a broader taxonomic range.

Reclassification of Bacteroides putredinis (Weinberg et al., 1937) in a New Genus Alistipes gen. nov., as Alistipes putredinis comb. nov., and description of Alistipes finegoldii sp nov., from human sources

During studies on the bacteriology of appendicitis in children, we often isolated from inflamed and non-inflamed tissue samples, an unusual bile-resistant pigment-producing strictly anaerobic gram-negative rod. Phenotypically this organism resembles members of Bacteroides fragilis group of species, as it is resistant to bile and exhibits a special-potency-disk pattern (resistance to vancomycin, kanamycin and colistin) typical for the B. fragilis group. However, the production of brown pigment on media containing haemolysed blood and a cellular fatty acid composition dominated by iso-C15:0, suggests that the organism most closely resembles species of the genus Porphyromonas. However, the unidentified organism differs from porphyromonads by being bile-resistant and by not producing butyrate as a metabolic end-product. Comparative 16S ribosomal RNA gene sequencing studies show the unidentified organism represents a distinct sub-line, associated with but distinct from, the miss-classified species Bacteroides putredinis. The clustering of the unidentified bacterium with Bacteroides putredinis was statistically significant, but they displayed >4% sequence divergence with each other. Chromosomal DNA-DNA pairing studies further confirmed the separateness of the unidentified bacterium and Bacteroides putredinis. Based on phenotypic and phylogenetic considerations, it is proposed that Bacteroides putredinis and the unidentified bacterium from human sources be classified in a new genus Alistipes, as Alistipes putredinis comb. nov. and Alistipes finegoldii sp. nov., respectively. The type strain of Alistipes finegoldii is CCUG 46020(T) (= AHN2437(T)).

Characterization of the 23S and 5S rRNA genes and 23S-5S intergenic spacer region (ITS-2) of Photobacterium damselae

The 23S ribosomal RNA (rRNA) gene has been sequenced in strains of the fish pathogens Photobacterium damselae subsp. damselae (ATCC 33539) and subsp. piscicida (ATCC 29690), showing that 3 nucleotide positions are clearly different between subspecies. In addition, the 5S rRNA gene plus the intergenic spacer region between the 23S and 5S rRNA genes (ITS-2) were amplified, cloned and sequenced for the 2 reference strains as well as the field isolates RG91 (subsp. damselae) and DI21 (subsp. piscicida). A 100% similarity was found for the consensus 5S rRNA gene sequence in the 2 subspecies, although some microheterogeneity was detected as inter-cistronic variability within the same chromosome. Sequence analysis of the spacer region between the 23S and 5S rRNA genes revealed 2 conserved and 3 variable nucleotide sequence blocks, and 4 different modular organizations were found. The ITS-2 spacer region exhibited both inter-subspecies and inter-cistronic polymorphism, with a mosaic-like structure. The EMBL accession numbers for the 23S, 5S and ITS-2 sequences are: P. damselae subsp. piscicida 5S gene (AJ274379), P. damselae subsp. damselae 23S gene (Y18520), subsp. piscicida 23S gene (Y17901), R damselae subsp. piscicida ITS-2 (AJ250695, AJ250696), P. damselae subsp. damselae ITS-2 (AJ250697, AJ250698).

Subdoligranulum variabile gen. nov., sp nov from human feces

During studies on the microflora of human feces we have isolated a strictly anaerobic, non-spore-forming, Gram-negative staining organism which exhibits a somewhat variable coccus-shaped morphology. Comparative 16S ribosomal RNA gene sequencing studies show the unidentified organism is phylogenetically a member of the Clostridium leptum supra-generic rRNA cluster and displays a close affinity to some rDNA clones derived from human and pig feces. The nearest named relatives of the unidentified isolate corresponded to Faecalibacterium prausnitzii (formerly Fusobacterium prausnitzii) displaying a 16S rRNA sequence divergence of approximately 9%, with Anaerofilum agile and A. pentosovorans the next closest relatives of the unidentified bacterium (sequence divergence approximately 10%). Based on phenotypic and phylogenetic considerations, it is proposed that the unusual coccoid-shaped organism be classified as a new genus and species, Subdoligranulum variabile. The type strain of S. variabile is BI 114(T) (= CCUG 47106(T) = DSM 15176(T)). (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Phylogeny, species limits, and biogeography of the Brazilian lizards of the genus Eurolophosaurus (Squamata : Tropiduridae) as inferred from mitochondrial DNA sequences

Phylogenetic relationships and divergence times for 10 populations of the three recognized ""species"" of Brazilian lizards of genus Eurolophosaurus were estimated from 1229 bp of cyt b, COI, 12S, and 16S rRNA mitochondrial gene segments. Eurolophosaurus is monophyletic and the basal split within the genus separates E divaricatus from a clade comprising E amathites and E nanuzae. Three populations of E divaricatus, which occurs along the western bank of Rio S (a) over tildeo Francisco, were consistently grouped together. Oil the east bank of the river, E amathites and E nanuzae from state of Bahia were recovered as the sister group of E nanuzae populations from state of Minas Gerais. The paraphyly of E nanuzae and the high divergence levels among populations of E divaricatus strongly suggest that species limits in Eurolophosaurus should be revised. Even considering an extreme evolutionary rate of 2.8% sequence divergence per million years for the four gene segments analyzed together, E. divaricatus would have separated from the two other species by at least 5.5 my ago, and E. amathites from E nanuzae populations from Bahia and Minas Gerais, respectively, by 1.5 and 3.5 my. The paleolacustrine hypothesis and changes in the course of the river potentially explain faunal divergence in the area, but divergences are much older than previously admitted. (C) 2007 Elsevier Inc. All rights reserved.